论文部分内容阅读
摘要：在实际的水电站工作中，水电站的电器设备故障随时都会发生，关系到电气系统的每一个部位，同时出现的故障是各种各样的，要想排除设备的每个故障点，这就必须要求技术人员掌握电气专业技术，能够及时发现故障，并针对发现的故障熟练、可靠地对其进行排除。
关键词：水电站，电气故障，处理措施
1引言
一般水电站电气设备分为电气一次设备和全厂电气二次设备两大部分。电气一次设备又分为发电电气设备和升压变电电气设备两部分；对于大中型水电站。发电电气设备的额定电压也都在6kV以上。因此与升压电气设备都属于高压电气设备。常见的一次设备主要有：发电机、变压器等。二次设备主要有：电站计算机监控系统设备(含系统工作站、操作员工作站、语音报、警工作站、厂内通信工作站、远程通信工作站、工程师工作站、打印机服务器、GPS时钟系统、网络通信设备及其他、UPS、光缆、操作台、LCU等)；机组保护及輔机控制设备(含发电机继电保护屏、主变压器继电保护屏、机组故障录波屏、机组辅助设备控制系统、机组振动摆度测量系统、机组火灾报警装置、电气调速器屏、端子箱等)；机组励磁系统；机组状态检测系统；高压系统保护及自动装置；公用系统设备；厂(站)用交、直流控制电源系统；通信系统；工业电视系统；控制电缆和电气试验设备等。
2水电站电气设备的布置原则
水电站电气设备的总体布置，受地形、自然环境和电站型式等条件的限制，无标准方案可循。只能根据水电站总体布置的基本原则，结合电站的具体情况拟订出几个方案，经过经济、技术比较后选定最佳方案，从而确定主厂房、副厂房、中央控制室、主变压器和屋外配电装置的相对位置。
2.1水电站电气设备布置的原则
(1)应尽量减少土石方的开挖量、土建工程量和占地面积。
(2)尽量缩短发电机、开关室、主变压器与高压开关站之间的接线，尤其是发电机与变压器之间大电流的连接线。并尽量避免电气接线与机械管线的交叉，这既可节省连接母线，减少电能损耗，又可以减少故障机会，便于维护和安全运行。
(3)要考虑大型设备(如发电机、变压器等)的运输、安装和检修的方便。应使主变压器、发电机与主厂房的检修场在同一高程。
(4)中央控制室是水电站的神经中枢，是运行人员对水电站的运行、控制、操作、监视和调度工作的场所。要尽量缩短它与主厂房、发电机、主变压器及开关站的距离。此外，应考虑中央控制室的采光通风好、噪音振动小，使工作人员有良好的工作环境，精神集中，以利于安全运行。
(5)对分期施工的水电站应考虑分期过渡的布置方案，以减少或避免初期发电与后期施工的干扰。有关坝后式、河床式、坝内式、引水式、地下式水电站电气设备的布置与总体布置型式的关系，可参看《水电站》一书，在此不作介绍。2.2水电站电气设备的布置
主厂房内的电气设备的布置主厂房内的电气设备通常有发电机、机旁盘、励磁盘及发电机引出线和中性点侧的设备等。
(1)发电机的布置。发电机一般布置在主厂房的发电机层。通常采用几台发电机的中心线在同一轴线上的一列式布置。根据发电机与该层地板高度的关系，又可分为外露式、半岛式(半埋人式)和埋人式等型式。
(2)机旁盘的布置。机旁盘是对发电机进行开机、停机和调试用的。每台机组一套，包括机组操作盘、保护盘、制动盘等。机旁盘应布置在发电机附近靠近中央控制室一侧，与水轮机调速器相邻或相对。这既缩短电缆接线又便于运行人员操作相互联系。在布置机旁盘时还应注意：电缆走向要避免与水力机械和管道交叉，并防止在起吊发电机转子时与机旁盘相碰。
(3)励磁盘的布置。励磁盘是供发电机励磁系统的操作、控制和调节用的。励磁盘应尽可能靠近发电机布置，这样既便于操作又可缩短电缆线路。通常将它布置在发电机层，与机旁盘相邻。当布置在发电机层有困难时，也可布置在发电机出线层。若无出线层，也可布置在水轮机层或副厂房内，但应避免受潮湿影响、与机械设备交叉。
3水电站电气故障分析
3.1水轮机调速器故障分析
(1)电液转换器断线，卡阻，平衡孔堵塞，造成溜负荷故障，对于49台电调(包括JDT-100，150；DST-100，150；JDST-100，150，100A；JST-100F；JCST-100；DST-200-40；JCST-200-40等，下同)统计结果，该故障共发生211次，占统计故障总数的45%。
(2)事故电磁阀复归不到位，开停机电磁阀拒动，该类故障共发生7次，占1.5%。
(3)测频环节线性差，元件老化，特性变坏，共发生24次，占5%。
(4)电气开度限制接点烧坏，失去控制，共发生36次，占8%。
(5)继电器接触不良，尤其转速继电器误动，接点烧坏，发生21次，占4．4%。
(6)功率给定机构硬件损坏，拒动，发卡，接触不良，造成凋速器抽动，共发生18次，占3.8%。
(7)电气协联不正确，曲线漂移，运算放大器损坏，共发生22次，占4.7%。
(8)频给环节故障8次，频率计无指示7次，共发生15次，占3.2%。
(9)综合放大环节运放损坏，差动管损坏，发生4次，约占l%。
(10)稳压电源稳压块损坏，整流桥击穿，共发生9次，占1.9%。
(11)运算放大器老化造成电气故障，功率放大元件损坏，插件板损坏，位移变送器损坏，共发生30次，占6.3%。
3.2变压器故障分析
变压器故障类型是多种多样的，它包括附件(如温度计、油位计)的质量问题直至变压器内绕组的绝缘击穿等等。按故障的发生过程分类
(1)突发性故障1)由异常电压(外过电压、内过电压)引起的绝缘击穿；2)外部短路事故引起绕组变形、层间短路；3)自然灾害：地震、火灾等；4)辅机的电源停电。
(2)长年累月逐渐扩展而形成的故障1)铁芯的绝缘不良，铁芯叠片之间绝缘不良，铁芯穿心螺栓的绝缘不良；2)由外界的反复短路引起绕组的变形；3)过负荷运行引起的绝缘老化；4)由于吸潮、游离放电引起绝缘材料、绝缘油老化。
变压器故障主要是因为绝缘材料(绝缘油、绝缘纸及压制板等)的劣化。由于正常及过负荷下的热劣化，水分和氧气对热劣化的促进作用。冲击等过电压产生的电场劣化造成绝缘材料的损伤，其征兆为局部放电和特征气体产生。外部短路的电磁机械力及振动引起的机械劣化，使绕组及夹持件造成物理损伤和几何位移等。
4水电站故障的处理措施
4.1具有电气防跳的断路器控制回路
当断路器在手动或自动装置合闸后，断路器合闸回路控制开关的触点在合闸结束后来置；不及返回而人为地闭合，或自动装置继电器的触点由于某种原因在动作时被卡住不能复归，缝}而且又发生永久性短路故障，断路器会出现多次“跳合”现象，这种现象被称为“跳跃”，断路器这样的跳跃是不允许的。因为此时断路器合闸接通的是短路电流，跳闸断开的也是短路电流，这样多次的跳跃，不仅会使断路器毁坏，而且可能会使事故扩大。所谓“防跳”装置，就是利用操动机构本身的机械闭锁或在控制回路中采取措施，防止断路器发生“跳跃”的装置。当操动机构不带机械“防跳”闭锁装置或虽带机械“防跳”而规程规定必须装设电气“防跳”闭锁时，应在控制回路增加电气“防跳”闭锁电路。电气“防跳”的方法有很多，最常见的是装设防跳继电器的控制回路。
4.2保证安全的技术措施
（1）停电
将检修设备停电，必须把各方面的电源完全断开，即既断开断路器，又要把两侧的隔离开关打开，操动把手必须锁住，使得各方面都至少有一个明显的断开点，与停电设备有关的变压器、电压互感器，必须从高、低压两侧断开，以防向停电检修设备反送电。停电时要充分考虑到检修人员正常活动范围所需要的安全距离。
（2）验电
停电后，还应检验已停电线路有无电压。这样可以明显地验证停电设备是否确无电压，以防出现带电装设接地线或带电合接地刀闸等恶性事故的发生。验电的工具应是电压等级相应而且合格的验电器(试电笔)，验电前先把验电器在有电设备上试验，以确证验电器良好，然后在检修设备进出线两侧各相分别验电。高压验电时必须戴绝缘手套。
（3）装设接地线
当验明设备确实已无电压后，应立即将检修设备接地并三相短路。同时当突然来电时，能作用于开关迅速跳闸，切除电源，消除危险。对于可能送电至停电设备或停电设备可能产生感应电压的都要装设接地线，始终保证工作人员在接地线的后侧。所装接地线与带电部分距离应符合安全；笔距离的规定。装有接地刀闸的设备停电检修时应合上接地刀闸以代替接地线。当接地刀闸有缺陷需检修时，应另行装设接地线代替接地刀闸，才可拉开接地刀闸进行检修。
装设接地线时，必须先接接地端，后接导体端，这样做的好处是停电设备若还有剩余电荷或感应电时，因接地而将电荷放尽，不会危及人身安全；若因疏忽走错设备间隔或出现；行意外突然来电时，因接地而使保护动作于开关跳闸，将电源切断，有效地限制接地线上的电位而保护人身安全。同理，拆除接地线的顺序与装设接地线的顺序相反。为进一步确保操动人员的人身安全，要求拆、装接地线时，均应使用绝缘棒或戴绝缘手套。
接地线在装设前应经过仔细检查。接地线应用多股软裸铜线，其截面应符合短路电流的要求，但不得小于25mm2。禁止使用不符合规定的导线作短路接地之用。接地线必须使用专用的线夹固定在导体上，严禁用缠绕的方法进行接地或短路。
参考文献
[1]刘慧林 ，王汉斌. 桥巩水电站的过电压保护措施[J]. 电网与清洁能源，2010，1.
[2]陈远鹏. 变电站电气设备故障及其原因分析[J]. 电气世界，2009(6).
[3]杜广朝主编. 电工与电气[M]. 黄河水利出版社，2008.7.
关键词：水电站，电气故障，处理措施
1引言
一般水电站电气设备分为电气一次设备和全厂电气二次设备两大部分。电气一次设备又分为发电电气设备和升压变电电气设备两部分；对于大中型水电站。发电电气设备的额定电压也都在6kV以上。因此与升压电气设备都属于高压电气设备。常见的一次设备主要有：发电机、变压器等。二次设备主要有：电站计算机监控系统设备(含系统工作站、操作员工作站、语音报、警工作站、厂内通信工作站、远程通信工作站、工程师工作站、打印机服务器、GPS时钟系统、网络通信设备及其他、UPS、光缆、操作台、LCU等)；机组保护及輔机控制设备(含发电机继电保护屏、主变压器继电保护屏、机组故障录波屏、机组辅助设备控制系统、机组振动摆度测量系统、机组火灾报警装置、电气调速器屏、端子箱等)；机组励磁系统；机组状态检测系统；高压系统保护及自动装置；公用系统设备；厂(站)用交、直流控制电源系统；通信系统；工业电视系统；控制电缆和电气试验设备等。
2水电站电气设备的布置原则
水电站电气设备的总体布置，受地形、自然环境和电站型式等条件的限制，无标准方案可循。只能根据水电站总体布置的基本原则，结合电站的具体情况拟订出几个方案，经过经济、技术比较后选定最佳方案，从而确定主厂房、副厂房、中央控制室、主变压器和屋外配电装置的相对位置。
2.1水电站电气设备布置的原则
(1)应尽量减少土石方的开挖量、土建工程量和占地面积。
(2)尽量缩短发电机、开关室、主变压器与高压开关站之间的接线，尤其是发电机与变压器之间大电流的连接线。并尽量避免电气接线与机械管线的交叉，这既可节省连接母线，减少电能损耗，又可以减少故障机会，便于维护和安全运行。
(3)要考虑大型设备(如发电机、变压器等)的运输、安装和检修的方便。应使主变压器、发电机与主厂房的检修场在同一高程。
(4)中央控制室是水电站的神经中枢，是运行人员对水电站的运行、控制、操作、监视和调度工作的场所。要尽量缩短它与主厂房、发电机、主变压器及开关站的距离。此外，应考虑中央控制室的采光通风好、噪音振动小，使工作人员有良好的工作环境，精神集中，以利于安全运行。
(5)对分期施工的水电站应考虑分期过渡的布置方案，以减少或避免初期发电与后期施工的干扰。有关坝后式、河床式、坝内式、引水式、地下式水电站电气设备的布置与总体布置型式的关系，可参看《水电站》一书，在此不作介绍。2.2水电站电气设备的布置
主厂房内的电气设备的布置主厂房内的电气设备通常有发电机、机旁盘、励磁盘及发电机引出线和中性点侧的设备等。
(1)发电机的布置。发电机一般布置在主厂房的发电机层。通常采用几台发电机的中心线在同一轴线上的一列式布置。根据发电机与该层地板高度的关系，又可分为外露式、半岛式(半埋人式)和埋人式等型式。
(2)机旁盘的布置。机旁盘是对发电机进行开机、停机和调试用的。每台机组一套，包括机组操作盘、保护盘、制动盘等。机旁盘应布置在发电机附近靠近中央控制室一侧，与水轮机调速器相邻或相对。这既缩短电缆接线又便于运行人员操作相互联系。在布置机旁盘时还应注意：电缆走向要避免与水力机械和管道交叉，并防止在起吊发电机转子时与机旁盘相碰。
(3)励磁盘的布置。励磁盘是供发电机励磁系统的操作、控制和调节用的。励磁盘应尽可能靠近发电机布置，这样既便于操作又可缩短电缆线路。通常将它布置在发电机层，与机旁盘相邻。当布置在发电机层有困难时，也可布置在发电机出线层。若无出线层，也可布置在水轮机层或副厂房内，但应避免受潮湿影响、与机械设备交叉。
3水电站电气故障分析
3.1水轮机调速器故障分析
(1)电液转换器断线，卡阻，平衡孔堵塞，造成溜负荷故障，对于49台电调(包括JDT-100，150；DST-100，150；JDST-100，150，100A；JST-100F；JCST-100；DST-200-40；JCST-200-40等，下同)统计结果，该故障共发生211次，占统计故障总数的45%。
(2)事故电磁阀复归不到位，开停机电磁阀拒动，该类故障共发生7次，占1.5%。
(3)测频环节线性差，元件老化，特性变坏，共发生24次，占5%。
(4)电气开度限制接点烧坏，失去控制，共发生36次，占8%。
(5)继电器接触不良，尤其转速继电器误动，接点烧坏，发生21次，占4．4%。
(6)功率给定机构硬件损坏，拒动，发卡，接触不良，造成凋速器抽动，共发生18次，占3.8%。
(7)电气协联不正确，曲线漂移，运算放大器损坏，共发生22次，占4.7%。
(8)频给环节故障8次，频率计无指示7次，共发生15次，占3.2%。
(9)综合放大环节运放损坏，差动管损坏，发生4次，约占l%。
(10)稳压电源稳压块损坏，整流桥击穿，共发生9次，占1.9%。
(11)运算放大器老化造成电气故障，功率放大元件损坏，插件板损坏，位移变送器损坏，共发生30次，占6.3%。
3.2变压器故障分析
变压器故障类型是多种多样的，它包括附件(如温度计、油位计)的质量问题直至变压器内绕组的绝缘击穿等等。按故障的发生过程分类
(1)突发性故障1)由异常电压(外过电压、内过电压)引起的绝缘击穿；2)外部短路事故引起绕组变形、层间短路；3)自然灾害：地震、火灾等；4)辅机的电源停电。
(2)长年累月逐渐扩展而形成的故障1)铁芯的绝缘不良，铁芯叠片之间绝缘不良，铁芯穿心螺栓的绝缘不良；2)由外界的反复短路引起绕组的变形；3)过负荷运行引起的绝缘老化；4)由于吸潮、游离放电引起绝缘材料、绝缘油老化。
变压器故障主要是因为绝缘材料(绝缘油、绝缘纸及压制板等)的劣化。由于正常及过负荷下的热劣化，水分和氧气对热劣化的促进作用。冲击等过电压产生的电场劣化造成绝缘材料的损伤，其征兆为局部放电和特征气体产生。外部短路的电磁机械力及振动引起的机械劣化，使绕组及夹持件造成物理损伤和几何位移等。
4水电站故障的处理措施
4.1具有电气防跳的断路器控制回路
当断路器在手动或自动装置合闸后，断路器合闸回路控制开关的触点在合闸结束后来置；不及返回而人为地闭合，或自动装置继电器的触点由于某种原因在动作时被卡住不能复归，缝}而且又发生永久性短路故障，断路器会出现多次“跳合”现象，这种现象被称为“跳跃”，断路器这样的跳跃是不允许的。因为此时断路器合闸接通的是短路电流，跳闸断开的也是短路电流，这样多次的跳跃，不仅会使断路器毁坏，而且可能会使事故扩大。所谓“防跳”装置，就是利用操动机构本身的机械闭锁或在控制回路中采取措施，防止断路器发生“跳跃”的装置。当操动机构不带机械“防跳”闭锁装置或虽带机械“防跳”而规程规定必须装设电气“防跳”闭锁时，应在控制回路增加电气“防跳”闭锁电路。电气“防跳”的方法有很多，最常见的是装设防跳继电器的控制回路。
4.2保证安全的技术措施
（1）停电
将检修设备停电，必须把各方面的电源完全断开，即既断开断路器，又要把两侧的隔离开关打开，操动把手必须锁住，使得各方面都至少有一个明显的断开点，与停电设备有关的变压器、电压互感器，必须从高、低压两侧断开，以防向停电检修设备反送电。停电时要充分考虑到检修人员正常活动范围所需要的安全距离。
（2）验电
停电后，还应检验已停电线路有无电压。这样可以明显地验证停电设备是否确无电压，以防出现带电装设接地线或带电合接地刀闸等恶性事故的发生。验电的工具应是电压等级相应而且合格的验电器(试电笔)，验电前先把验电器在有电设备上试验，以确证验电器良好，然后在检修设备进出线两侧各相分别验电。高压验电时必须戴绝缘手套。
（3）装设接地线
当验明设备确实已无电压后，应立即将检修设备接地并三相短路。同时当突然来电时，能作用于开关迅速跳闸，切除电源，消除危险。对于可能送电至停电设备或停电设备可能产生感应电压的都要装设接地线，始终保证工作人员在接地线的后侧。所装接地线与带电部分距离应符合安全；笔距离的规定。装有接地刀闸的设备停电检修时应合上接地刀闸以代替接地线。当接地刀闸有缺陷需检修时，应另行装设接地线代替接地刀闸，才可拉开接地刀闸进行检修。
装设接地线时，必须先接接地端，后接导体端，这样做的好处是停电设备若还有剩余电荷或感应电时，因接地而将电荷放尽，不会危及人身安全；若因疏忽走错设备间隔或出现；行意外突然来电时，因接地而使保护动作于开关跳闸，将电源切断，有效地限制接地线上的电位而保护人身安全。同理，拆除接地线的顺序与装设接地线的顺序相反。为进一步确保操动人员的人身安全，要求拆、装接地线时，均应使用绝缘棒或戴绝缘手套。
接地线在装设前应经过仔细检查。接地线应用多股软裸铜线，其截面应符合短路电流的要求，但不得小于25mm2。禁止使用不符合规定的导线作短路接地之用。接地线必须使用专用的线夹固定在导体上，严禁用缠绕的方法进行接地或短路。
参考文献
[1]刘慧林 ，王汉斌. 桥巩水电站的过电压保护措施[J]. 电网与清洁能源，2010，1.
[2]陈远鹏. 变电站电气设备故障及其原因分析[J]. 电气世界，2009(6).
[3]杜广朝主编. 电工与电气[M]. 黄河水利出版社，2008.7.